Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 10

31 октября 2020
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 10

Хотя основное внимание в нашем обзоре уделяется литью под давлением, микропористой экструзии также будет уделена отдельная глава, поскольку количество изделий, изготавливаемых этим способом, растет медленно, но уверенно. Обсудим общие черты этих процессов, а также то, как эти два процесса различаются в отношении наиболее важных параметров обработки. Термопластические пены могут быть получены с использованием химических пенообразователей (CFA), которые выделяют пенообразующий газ, когда CFA разлагается при заданной температуре, или с помощью физических методов пенообразования, которые вводят пенообразователи непосредственно в поток расплава полимера. Эти вещества также называются физическими пенообразователями (PBA). Хотя физические методы вспенивания использовались в течение некоторого времени с рядом различных газов, в этой главе обсуждаются недавно разработанные микросотовые процессы, основанные на использовании азота (N2) или диоксида углерода (CO2) в сверхкритической жидкости (SCF).

Аббревиатура PBA будет использоваться для описания физических вспенивающих агентов, не относящихся к SCF, а SCF будет использоваться для описания физического вспенивающего агента, который специально используется в сверхкритическом жидком состоянии. С середины 1990-х годов было разработано и внедрено несколько технологий микросотовой обработки. Большинство методов основаны на оригинальной работе и теориях, разработанных в американских и европейских лабораториях. Например, процесс MuCell, разработанный группой американских ученых, стал первой коммерческой технологией в этой сфере. На сегодняшний день процесс MuCell имеет наибольший коммерческий успех, поэтому пользователи могут получать дополнительную информацию. Однако также обсуждаются другие процессы микропористого вспенивания, основанные на использовании SCF. Точное определение термина «микроклеточный» несколько изменилось, при этом более ранние исследования были ориентированы на размер клеток 5-20 микрон. В промышленности стандарт размера «микроклеточных» ячеек обычно принят как структура ячеек с размером менее 100 микрон. Нынешние технологии микросотовой обработки начались с работы, проделанной в Массачусетском технологическом институте, связанной с программой обработки полимеров MIT-Industry.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 10

Первоначальная работа, инициированная по запросу Eastman Kodak, преследовала цель разработки процесса, который мог бы сократить использование материалов без потери свойств и сохранить или повысить эффективность производства. Было сочтено, что если пена была разработана с чрезвычайно маленьким размером ячеек и равномерным распределением, то потеря механических свойств должна быть очень незначительной. Разработанный метод был основан на смешивании инертного газа, который находился под давлением до состояния SCF, в однофазный раствор с полимером. Состояние SCF обеспечивает жидкости повышенную диффузию и растворимость. После того, как SCF находится в растворе, происходит быстрое падение давления, что приводит к появлению множества центров зародышеобразования, каждое из которых притягивает молекулы газа. Клетки растут, поскольку молекулы газа мигрируют к местам зарождения. Клетки перестают расти, когда полимер остывает настолько, что его прочность при плавлении прекращает дальнейшее расширение. Избыточный газ уходит из полимера в течение нескольких часов, оставляя основной полимер неизменным. Этот метод дает пену с размером ячеек в диапазоне 5-10 микрон.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 10

Группа специалистов сначала разработала периодический процесс в середине 1980-х годов, а затем, в 1989 году, уже работала над непрерывным процессом. В периодическом процессе растворение SCF в полимере происходило в течение длительного периода времени в сосуде под давлением, и быстрое падение давления достигалось за счет быстрого и полного сброса давления. Конечно, непрерывные процессы имеют более сложную ситуацию, связанную с смешиванием материалов в раствор и достижением необходимого быстрого падения давления. Растворение SCF в полимере должно происходить за секунды. Это требует некоторого физического смешивания. Быстрое падение давления, необходимое для большого количества центров зародышеобразования, также должно происходить контролируемым образом. Зарождение и последующее начало роста клеток должны сначала происходить на кромках фильеры экструдера и как можно ближе к полости формы для литья под давлением. Ряд компаний был создан с целью коммерциализации этих микросотовых концепций с технологическим оборудованием и технологиями, обеспечивающими управляемый производственный процесс. Первый патент был выдан в 1984 году, и за следующие 8 лет последовали семь патентов в США и четыре международных патента.

Обладая исключительными правами на патенты Массачусетского технологического института, компания Trexel назвала технологию MuCell. Экструзионная часть бизнеса Trexel была приобретена компанией Zotefoams в марте 2011 года и до сих пор известна как MuCell Extrusions. В 1998 году были добавлены возможности литья под давлением, при этом первоначальными целевыми областями применения были технические детали с толщиной стенок менее 4 мм. Компания Trexel получила множество американских и международных патентов на технологию и оборудование. Как уже отмечалось, обработка пенопласта существовала практически с самого начала переработки пластмасс. CFA долгое время использовались в качестве источника пенообразующих газов, при этом пенообразователь смешивался с материалом, как правило, в бункере. По мере продвижения материала в цилиндре температура повышается, в конечном итоге достигая температуры разложения CFA, где одним из побочных продуктов является желаемый газ (N2 или CO2). Используется несколько различных химикатов, выбор которых основан на выборе газа и требуемой температуре разложения. Термическое разложение может быть экзотермическим, обычно с образованием N2, или эндотермическим, с образованием CO2. Азодикарбонамид – это обычно используемый экзотермический CFA. Есть много эндотермических CFA, включая бикарбонат натрия. Также добавляются зародышеобразователи для облегчения развития клеток.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 10

Пока происходит вспенивание, этот тип процесса имеет тенденцию к гетерогенному зародышеобразованию с ограниченным числом участков. Размер ячеек обычно составляет от 250 микрон до 1 мм. Основным преимуществом вспенивания на основе CFA является более низкая стоимость необходимого оборудования. Основными недостатками являются более крупные и неоднородные размеры ячеек, обычно более высокая стоимость в долгосрочной перспективе и остаточные химические побочные продукты, наблюдаемые в основном продукте. Последняя проблема, связанная с остаточными химическими веществами, является основной причиной, по которой следует проявлять осторожность при выборе CFA, поскольку могут возникнуть проблемы совместимости, связанные с взаимодействием остаточных химикатов с полимером или с пакетами присадок, обычно используемых с пластиками. За прошедшие годы было разработано множество CFA в попытках добавить более широкий выбор диапазонов рабочих температур и более контролируемый выброс газа, а также совместимость со многими различными типами пластмасс. CFA были использованы для изготовления вспененных деталей на обычных машинах для литья под давлением или с использованием закрытой пресс-формы без каких-либо других модификаций машины. Иногда добавляется очень небольшое количество CFA, чтобы минимизировать или исключить проседание.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 10

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад